在PetShop 4.0中ASP.NET缓存的实现
PetShop作为一个B2C的宠物网上商店，需要充分考虑访客的用户体验，如果因为数据量大而导致Web服务器的响应不及时，页面和查询数据迟迟得不到结果，会因此而破坏客户访问网站的心情，在耗尽耐心的等待后，可能会失去这一部分客户。无疑，这是非常糟糕的结果。因而在对其进行体系架构设计时，整个系统的性能就显得殊为重要。然而，我们不能因噎废食，因为专注于性能而忽略数据的正确性。在PetShop 3.0版本以及之前的版本，因为ASP.NET缓存的局限性，这一问题并没有得到很好的解决。PetShop 4.0则引入了SqlCacheDependency特性，使得系统对缓存的处理较之以前大为改观。
4.3.1 CacheDependency接口
PetShop 4.0引入了SqlCacheDependency特性，对Category、Product和Item数据表对应的缓存实施了SQL Cache Invalidation技术。当对应的数据表数据发生更改后，该技术能够将相关项从缓存中移除。实现这一技术的核心是SqlCacheDependency类，它继承了CacheDependency类。然而为了保证整个架构的可扩展性，我们也允许设计者建立自定义的CacheDependency类，用以扩展缓存依赖。这就有必要为CacheDependency建立抽象接口，并在web.config文件中进行配置。
在PetShop 4.0的命名空间PetShop.ICacheDependency中，定义了名为IPetShopCacheDependency接口，它仅包含了一个接口方法：
public interface IPetShopCacheDependency
{
AggregateCacheDependency GetDependency();
}
AggregateCacheDependency是.Net Framework 2.0新增的一个类，它负责监视依赖项对象的集合。当这个集合中的任意一个依赖项对象发生改变时，该依赖项对象对应的缓存对象都将被自动移除。
AggregateCacheDependency类起到了组合CacheDependency对象的作用，它可以将多个CacheDependency对象甚至于不同类型的CacheDependency对象与缓存项建立关联。由于PetShop需要为Category、Product和Item数据表建立依赖项，因而IPetShopCacheDependency的接口方法GetDependency()其目的就是返回建立了这些依赖项的AggregateCacheDependency对象。
4.3.2 CacheDependency实现
CacheDependency的实现正是为Category、Product和Item数据表建立了对应的SqlCacheDependency类型的依赖项，如代码所示：
public abstract class TableDependency : IPetShopCacheDependency
{
// This is the separator that's used in web.config
protected char[] configurationSeparator = new char[] { ',' };
protected AggregateCacheDependency dependency = new AggregateCacheDependency();
protected TableDependency(string configKey)
{
string dbName = ConfigurationManager.AppSettings["CacheDatabaseName"];
string tableConfig = ConfigurationManager.AppSettings[configKey];
string[] tables = tableConfig.Split(configurationSeparator);
foreach (string tableName in tables)
dependency.Add(new SqlCacheDependency(dbName, tableName));
}
public AggregateCacheDependency GetDependency()
{
return dependency;
}
}
需要建立依赖项的数据库与数据表都配置在web.config文件中，其设置如下：
<add key="CacheDatabaseName" value="MSPetShop4"/>
<add key="CategoryTableDependency" value="Category"/>
<add key="ProductTableDependency" value="Product,Category"/>
<add key="ItemTableDependency" value="Product,Category,Item"/>
根据各个数据表间的依赖关系，因而不同的数据表需要建立的依赖项也是不相同的，从配置文件中的value值可以看出。然而不管建立依赖项的多寡，其创建的行为逻辑都是相似的，因而在设计时，抽象了一个共同的类TableDependency，并通过建立带参数的构造函数，完成对依赖项的建立。由于接口方法GetDependency()的实现中，返回的对象dependency是在受保护的构造函数创建的，因此这里的实现方式也可以看作是Template Method模式的灵活运用。例如TableDependency的子类Product，就是利用父类的构造函数建立了Product、Category数据表的SqlCacheDependency依赖：
public class Product : TableDependency
{
public Product() : base("ProductTableDependency") { }
}
如果需要自定义CacheDependency，那么创建依赖项的方式又有不同。然而不管是创建SqlCacheDependency对象，还是自定义的CacheDependency对象，都是将这些依赖项添加到AggregateCacheDependency类中，因而我们也可以为自定义CacheDependency建立专门的类，只要实现IPetShopCacheDependency接口即可。
4.3.3 CacheDependency工厂
继承了抽象类TableDependency的Product、Category和Item类均需要在调用时创建各自的对象。由于它们的父类TableDependency实现了接口IPetShopCacheDependency，因而它们也间接实现了IPetShopCacheDependency接口，这为实现工厂模式提供了前提。
在PetShop 4.0中，依然利用了配置文件和反射技术来实现工厂模式。命名空间PetShop.CacheDependencyFactory中，类DependencyAccess即为创建IPetShopCacheDependency对象的工厂类：
public static class DependencyAccess
{
public static IPetShopCacheDependency CreateCategoryDependency()
{
return LoadInstance("Category");
}
public static IPetShopCacheDependency CreateProductDependency()
{
return LoadInstance("Product");
}
public static IPetShopCacheDependency CreateItemDependency()
{
return LoadInstance("Item");
}
private static IPetShopCacheDependency LoadInstance(string className)
{
string path = ConfigurationManager.AppSettings["CacheDependencyAssembly"];
string fullyQualifiedClass = path + "." + className;
return (IPetShopCacheDependency)Assembly.Load(path).CreateInstance(fullyQualifiedClass);
}
}
整个工厂模式的实现如图4-3所示：
图4-3 CacheDependency工厂
虽然DependencyAccess类创建了实现了IPetShopCacheDependency接口的类Category、Product、Item，然而我们之所以引入IPetShopCacheDependency接口，其目的就在于获得创建了依赖项的AggregateCacheDependency类型的对象。我们可以调用对象的接口方法GetDependency()，如下所示：
AggregateCacheDependency dependency = DependencyAccess.CreateCategoryDependency().GetDependency();
为了方便调用者，似乎我们可以对DependencyAccess类进行改进，将原有的CreateCategoryDependency()方法，修改为创建AggregateCacheDependency类型对象的方法。
然而这样的做法扰乱了作为工厂类的DependencyAccess的本身职责，且创建IPetShopCacheDependency接口对象的行为仍然有可能被调用者调用，所以保留原有的DependencyAccess类仍然是有必要的。
在PetShop 4.0的设计中，是通过引入Facade模式以方便调用者更加简单地获得AggregateCacheDependency类型对象。
4.3.4 引入Facade模式
利用Facade模式可以将一些复杂的逻辑进行包装，以方便调用者对这些复杂逻辑的调用。就好像提供一个统一的门面一般，将内部的子系统封装起来，统一为一个高层次的接口。一个典型的Facade模式示意图如下所示：
图4-4 Facade模式
Facade模式的目的并非要引入一个新的功能，而是在现有功能的基础上提供一个更高层次的抽象，使得调用者可以直接调用，而不用关心内部的实现方式。以CacheDependency工厂为例，我们需要为调用者提供获得AggregateCacheDependency对象的简便方法，因而创建了DependencyFacade类：
public static class DependencyFacade
{
private static readonly string path = ConfigurationManager.AppSettings["CacheDependencyAssembly"];
public static AggregateCacheDependency GetCategoryDependency()
{
if (!string.IsNullOrEmpty(path))
return DependencyAccess.CreateCategoryDependency().GetDependency();
else
return null;
}
public static AggregateCacheDependency GetProductDependency()
{
if (!string.IsNullOrEmpty(path))
return DependencyAccess.CreateProductDependency().GetDependency();
else
return null;
}
public static AggregateCacheDependency GetItemDependency()
{
if (!string.IsNullOrEmpty(path))
return DependencyAccess.CreateItemDependency().GetDependency();
else
return null;
}
}
DependencyFacade类封装了获取AggregateCacheDependency类型对象的逻辑，如此一来，调用者可以调用相关方法获得创建相关依赖项的AggregateCacheDependency类型对象：
AggregateCacheDependency dependency = DependencyFacade.GetCategoryDependency();
比起直接调用DependencyAccess类的GetDependency()方法而言，除了方法更简单之外，同时它还对CacheDependencyAssembly配置节进行了判断，如果其值为空，则返回null对象。
在PetShop.Web的App_Code文件夹下，静态类WebUtility的GetCategoryName()和GetProductName()方法调用了DependencyFacade类。例如GetCategoryName()方法：
public static string GetCategoryName(string categoryId)
{
Category category = new Category();
if (!enableCaching)
return category.GetCategory(categoryId).Name;
string cacheKey = string.Format(CATEGORY_NAME_KEY, categoryId);
// 检查缓存中是否存在该数据项;
string data = (string)HttpRuntime.Cache[cacheKey];
if (data == null)
{
// 通过web.config的配置获取duration值;
int cacheDuration = int.Parse(ConfigurationManager.AppSettings["CategoryCacheDuration"]);
// 如果缓存中不存在该数据项，则通过业务逻辑层访问数据库获取;
data = category.GetCategory(categoryId).Name;
// 通过Facade类创建AggregateCacheDependency对象;
AggregateCacheDependency cd = DependencyFacade.GetCategoryDependency();
// 将数据项以及AggregateCacheDependency 对象存储到缓存中;
HttpRuntime.Cache.Add(cacheKey, data, cd, DateTime.Now.AddHours(cacheDuration), Cache.NoSlidingExpiration, CacheItemPriority.High, null);
}
return data;
}
GetCategoryName()方法首先会检查缓存中是否已经存在CategoryName数据项，如果已经存在，就通过缓存直接获取数据；否则将通过业务逻辑层调用数据访问层访问数据库获得CategoryName，在获得了CategoryName后，会将新获取的数据连同DependencyFacade类创建的AggregateCacheDependency对象添加到缓存中。
WebUtility静态类被表示层的许多页面所调用，例如Product页面：
public partial class Products : System.Web.UI.Page
{
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
Page.Title = WebUtility.GetCategoryName(Request.QueryString["categoryId"]);
}
}
显示页面title的逻辑是放在Page_Load事件方法中，因而每次打开该页面都要执行获取CategoryName的方法。如果没有采用缓存机制，当Category数据较多时，页面的显示就会非常缓慢。
4.3.5 引入Proxy模式
业务逻辑层BLL中与Product、Category、Item有关的业务方法，其实现逻辑是调用数据访问层（DAL）对象访问数据库，以获取相关数据。为了改善系统性能，我们就需要为这些实现方法增加缓存机制的逻辑。当我们操作增加了缓存机制的业务对象时，对于调用者而言，应与BLL业务对象的调用保持一致。也即是说，我们需要引入一个新的对象去控制原来的BLL业务对象，这个新的对象就是Proxy模式中的代理对象。
以PetShop.BLL.Product业务对象为例，PetShop为其建立了代理对象ProductDataProxy，并在GetProductByCategory()等方法中，引入了缓存机制，例如：
public static class ProductDataProxy
{
private static readonly int productTimeout = int.Parse(ConfigurationManager.AppSettings["ProductCacheDuration"]);
private static readonly bool enableCaching = bool.Parse(ConfigurationManager.AppSettings["EnableCaching"]);
public static IList
GetProductsByCategory(string category)
{
Product product = new Product();
if (!enableCaching)
return product.GetProductsByCategory(category);
string key = "product_by_category_" + category;
IList data = (IList )HttpRuntime.Cache[key];
// Check if the data exists in the data cache
if (data == null)
{
data = product.GetProductsByCategory(category);
// Create a AggregateCacheDependency object from the factory
AggregateCacheDependency cd = DependencyFacade.GetProductDependency();
// Store the output in the data cache, and Add the necessary AggregateCacheDependency object
HttpRuntime.Cache.Add(key, data, cd, DateTime.Now.AddHours(productTimeout), Cache.NoSlidingExpiration, CacheItemPriority.High, null);
}
return data;
}
}
与业务逻辑层Product对象的GetProductsByCategory()方法相比，增加了缓存机制。当缓存内不存在相关数据项时，则直接调用业务逻辑层Product的GetProductsByCategory()方法来获取数据，并将其与对应的AggregateCacheDependency对象一起存储在缓存中。
引入Proxy模式，实现了在缓存级别上对业务对象的封装，增强了对业务对象的控制。由于暴露在对象外的方法是一致的，因而对于调用方而言，调用代理对象与真实对象并没有实质的区别。
从职责分离与分层设计的角度分析，我更希望这些Proxy对象是被定义在业务逻辑层中，而不像在PetShop的设计那样，被划分到表示层UI中。此外，如果需要考虑程序的可扩展性与可替换性，我们还可以为真实对象与代理对象建立统一的接口或抽象类。然而，单以PetShop的表示层调用来看，采用静态类与静态方法的方式，或许更为合理。我们需要谨记，“过度设计”是软件设计的警戒线。
如果需要对UI层采用缓存机制，将应用程序数据存放到缓存中，就可以调用这些代理对象。以ProductsControl用户控件为例，调用方式如下：
productsList.DataSource = ProductDataProxy.GetProductsByCategory(categoryKey);
productsList对象属于自定义的CustomList类型，这是一个派生自System.Web.UI.WebControls.DataList控件的类，它的DataSource属性可以接受IList集合对象。
不过在PetShop 4.0的设计中，对于类似于ProductsControl类型的控件而言，采用的缓存机制是页输出缓存。我们可以从ProductsControl.ascx页面的Source代码中发现端倪：
<%@ OutputCache Duration="100000" VaryByParam="page;categoryId" %>
与ASP.NET 1.x的页输出缓存不同的是，在ASP.NET 2.0中，为ASP.NET用户控件新引入了CachePolicy属性，该属性的类型为ControlCachePolicy类，它以编程方式实现了对ASP.NET用户控件的输出缓存设置。我们可以通过设置ControlCachePolicy类的Dependency属性，来设置与该用户控件相关的依赖项，例如在ProductsControl用户控件中，进行如下的设置：
protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
this.CachePolicy.Dependency = DependencyFacade.GetProductDependency();
}
采用页输出缓存，并且利用ControlCachePolicy设置输出缓存，能够将业务数据与整个页面放入到缓存中。这种方式比起应用程序缓存而言，在性能上有很大的提高。同时，它又通过引入的SqlCacheDependency特性有效地避免了“数据过期”的缺点，因而在PetShop 4.0中被广泛采用。相反，之前为Product、Category、Item业务对象建立的代理对象则被“投闲散置”，仅仅作为一种设计方法的展示而“幸存”与整个系统的源代码中。